JPH0279726A - 共振形アクティブフィルタの制御装置 - Google Patents

共振形アクティブフィルタの制御装置

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JPH0279726A
JPH0279726A JP63228318A JP22831888A JPH0279726A JP H0279726 A JPH0279726 A JP H0279726A JP 63228318 A JP63228318 A JP 63228318A JP 22831888 A JP22831888 A JP 22831888A JP H0279726 A JPH0279726 A JP H0279726A
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Japan
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phase
current
power
reactor
active filter
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JP63228318A
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Takeshi Shioda
剛 塩田
Satoshi Ato
阿藤 聡
Yoshitoshi Watanabe
良利 渡辺
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電源系統の負荷設備に並列に接続され、負荷
設備に流入する高調波電流を電源系統へ補償するアクテ
ィブフィルタの制御装置の改良に関するものである。
〔従来の技術〕
高速スイッチング素子で構成される3相PWMコンバー
タ、該3相PWMコンバータの交流側の各相に電源系統
に直列に接続される交流リアクトル、前記3相PWMコ
ンバータの直流側端子間に接続される直流コンデンサ等
を基本構成とするアクティブフィルタは、昭和61年8
月に日本自動制御協会発行の「システム制御」Voff
、 30. k 8に掲載された「電力用アクティブフ
ィルタの原理と制御法」等でも説明されている通り公知
である。
以下、上記従来のアクティブフィルタについて説明する
。第4図は従来のアクティブフィルタを具えた3相交流
系統の主回路構成図であり、第5図はアクティブフィル
タの制御装置のブロック図である。
3相交流系統電源21はサイリスタレオナード装置等の
負荷22に電力を供給しており、系統ラインには高調波
電流が流れる。この系統ラインに交流側の各相に交流リ
アクトル23を直列に挿入して3相PWMコンバータ2
4が接続され、該3相PWMコンバータ24の直流側に
は直流コンデンサ25が接続されている。
3相PWMコンバータ24はオン、オフ可能なスイッチ
ング素子S、〜SbおよびダイオードD。
〜D、から構成され、各スイッチング素子31〜S6は
それぞれダイオードD+〜D、と並列接続された上、3
相ブリッジ回路として接続され、第5図に示す制御装置
で生成されるトリガ信号■。
によりスイッチング素子S、−S、がオン、オフされて
高調波補償を行うものである。
なお、3相PWMコンバータ24の交流側に直列に挿入
された交流リアクトル23は、3相PWMコンバータ2
4の電流の立ち上りを制限するためのものであり、直流
側に接続された直流コンデンサ25は、3相PWMコン
バータ24の直流側の電圧を安定化させるためのもので
あって、通常は3相交流系統電?JB21の2倍程度の
電圧に充電される。
すなわち、アクティブフィルタは、3相PWMコンバー
タ24.交流リアクトル23.直流コンデンサ25およ
び3相PWMコンバータ24のスイッチング素子をオン
、オフするための第5図に示した制御装置から構成され
ている。
今、第4図に示した主回路構成において、負荷22に流
入する負荷電流をi LLII  1LVI  i L
wとし、アクティブフィルタに流入する電流をIU+l
V+ioとすると、系統電源21には負荷電流および補
償電流をそれぞれの相でベクトル的に加算した電流IL
U+tu l  itv+ iv l  tLW十tw
が流れる。
従って、アクティブフィルタに流入する補償電流1tl
+  jv+1wはそれぞれ負荷電流I LII+  
I LV+iLwの高調波成分を打ち消す成分となって
いればよい。
上述のような高調波補償を行うため、ここでは以下に説
明するような3相〜2相変換を行い、実電力および虚電
力なる概念を導入している。この概念は、まず次の0〜
0式を用いて3相の負荷電流をI LLII  f L
V+  I LWおよび系統電圧eLI+eV+ewを
2相の電流”a’  it、、9およびea、eaに変
換するものである。
ここで(C)は3相〜2相の変換行列である。
上記0〜0式により求めた2相の電圧および電流を使う
と、次の0式により瞬時実電力pおよび虚電力qが求め
られる。
これら瞬時実電力pおよび虚電力qが従来の有効電力お
よび無効電力に対応するものであり、瞬時実電力pおよ
び虚電力qは次の■、■式によりそれぞれ直流分p、q
と交流骨p、qに分解される。
P=P+P             ・・・■Q=(
1+(1・・・■ ここで、2相の負荷電流1t(!+itβ の基本渡分
は直流分p、qに、高長波分は交流骨p、qに変換され
、これら直流分と交流骨は一般に]\イパスフィルタを
通して分離することができる。
次に、以上述べた原理に基づいて構成された制御装置の
一例を第5図によって説明する。
電力演算回路8は系統電圧all+  ev+  e、
4と負荷電流I LLl+  I LV+  I LM
の検出値から、0〜0式に従って瞬時実電力pおよび虚
電力qを演算し、これらをバイパスフィルタ4へ送る。
バイパスフィルタ4はこれらから直流分を除去して、瞬
時実電力の交流骨pおよび瞬時虚電力の交流骨9を符号
反転回路5へ送出する。符号反転回路5はこれらの符号
を反転し、実電力指令信号p8および虚電力指令信号q
1として電流指令値演算回路6へ出力する。
p”−p            ・・・■q””−q
            ・・・■これらは電流指令値
演算回路6において生成する電流指令信号の原形をなす
ものである。すなわち、■式により得られる実電力指令
信号P0を基に高調波有効電力が制御され、0式により
得られる虚電力指令信号q1を基に高調波無効電力が制
御される。
電流指令演算回路6は、実電力指令信号p“。
虚電力指令信号q“および系統電圧eu+ev+e−を
受けて、前記0式および次の0〜0式に従って、2相電
流指令信号i♂、iβ9を得、2相〜3相変換を行って
3相の電流指令信号jU”llV”iw*を生成し、電
流制御回路7へ出力する。
なお、(C)−’は(C)の逆変換行列である。
電流制御回路7はヒステリシスコンパレータを具え、電
流指令信号I II” +  IV” r  1w”と
補償電流IU+  IV+  1.4の検出値とを比較
し、例えば tu”≧0 で且つ fu≦t 、11なるとき、3相
PWMコンバータ24のスイ・ンチング素子S、をオン
し、 tu”≧0 で且つ i u> ’k u”なるとき、
スイッチング素子S4をオフし、またi 、”< Oで
且つ iu≦iu“ なるとき、スイッチング素子S1をオフするようなトリ
ガ信号vGを生成するものであり、このトリガ信号V6
によってスイッチング素子S、〜S。
がオン、オフされ、アクティブフィルタの各相の電流瞬
時値が制御される。
このように構成される3相PMWコンバータの装置容量
は、3相交流系統電源21の電圧値と負荷電流中の高調
波成分の電流値との積、すなわち補償容量と同一であっ
た。
これに対して第3図に示す共振形アクティブフィルタは
、それを構成する3相PMWコンバータ24の交流側に
印加される無駄な基本波電圧をカットするように、電源
系統周波数に共振する並列共振回路を前記交流リアクト
ル23の電源側に接続したものであり、アクティブフィ
ルタの構成部品の中で一番値段の高い3相PMWコンバ
ータの装置容量を下げても、第4図に示すアクティブフ
ィルタと同一の補償容量を得ることができる。
以下、上記共振形アクティブフィ・ルタについて第3図
の3相交流系統の主回路構成図を用いて説明する。なお
、第4図と同一の符号は同一機能を有する部分を示す。
サイリスタレオナード装置等の負荷22に電力を供給す
る3相交流系統電源21の各相に、第1のリアクトル2
7とコンデンサ28とが電源周波数に並列共振するよう
に構成された並列共振回路26を、アクティブフィルタ
の交流リアクトル23と直列に接続し、この並列共振回
路26の交流リアクトル23側の各相間に、すなわちこ
の並列共振回路26と交流リアクトル23との接続点間
に第2のリアクトル29を並列接続しである。
このように構成された共振形アクティブフィルタの動作
について、各回路構成要素が理想の状態であるものとし
て以下に説明する。第1のリアクトル27とコンデンサ
28とを並列接続した並列共振回路26は、3相交流系
統電源21の基本波周波数に同調した並列共振回路にな
っているので、並列共振回路26と第2のリアクトル2
9で構成される回路のインピーダンスは基本波に対して
は無限大となり、3相交流系統覚1fli1210基本
波周波数の電圧は並列共振回路26の両端に現れ、第2
のリアクトル29の両端には基本波周波数以外の周波数
の電圧しか現れない。
一般に、負荷22によって発生する高調波成分は3次以
上の高調波成分から成るため、これらの高調波成分に対
する並列共振回路26のインピーダンスは減少し、第2
のリアクトル29のインピーダンスは増大するため、交
流リアクトル23から流出する電流は第2のリアクトル
29には僅かに流れるのみで、そのほとんどは並列共振
回路26を通って3相交流系統電源21へ流れる。
このように構成される共振形アクティブフィルタは、3
相交流系統電源21の基本波電圧が3相PMWコンバー
タ24に印加されないため、直流コンデンサ25の充電
電圧が低くても適切な高調波補償を行うことができ、3
相PMWコンバータ24の装置容量を下げることができ
る。
[発明が解決しようとする課題] 第3図に示した共振形アクティブフィルタにおいて、第
5図に示す制御装置により式■〜■の演算を行い、高調
波補償指令値10” +  Iy” +  1w”を導
出すると、負荷22が不平衡の場合、すなわち例えば単
相負荷等の場合には補償指令値IU”+L”+ilに基
本波成分を含むものとなる。そのために、3相PMWコ
ンバータ24は基本波電流をもコンデンサ21を通して
系統電源に流そうとするので、並列共振回路26の共振
状態が崩れる。
そのために、3相PMWコンバータ24には高い基本波
電圧が印加されるので、スイッチング素子s、−3,が
破壊されるか、または低い直流コンデンサ電圧では十分
な高調波補償を行うことができなくなる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明にかかるアクティブフィルタの制御装置は2相座
標変換を利用したものである。この2相座標変換により
空間ベクトルとして扱う考え方については、3相回路に
ついて、昭和61年8月に日本制御協会から発行された
雑誌“°システムと制御゛の第30巻第8号の467ペ
ージ〜474ページに掲載された解説文「電力用アクテ
ィブフィルタ」に記載されているごとく、3相負荷電流
を一括して処理を施している。
本発明においては、各々の負荷電流に対して個別に処理
を施して、各相の補償電流指令を得るアクティブフィル
タの制御装置であって、3相PMWコンバータと、該3
相PMWコンバータの交流側の各相に電源系統に直列に
挿入された交流リアクトルと、前記3相PMWコンバー
タの直流側端子間に接続された直流コンデンサと、前記
交流リアクトルの電源側で各相に直列に接続されて電源
系統周波数に共振する第1のリアクトルとコンデンサと
で構成された並列共振回路と、前記交流リアクトルと前
記並列共振回路との各相接続点間に接続される第2のリ
アクトルと、前記3相PMWコンバータを制御する制御
装置とを具えたアクティブフィルタの制御装置において
、各相の負荷電流とその各相の負荷電流から仮想的に算
出した位相が90°遅れの各相の遅れ負荷電流とから、
各相の直角2相電流を仮に作成し空間ベクトルとして扱
うようにしたものである。
すなわち、本発明にかかるアクティブフィルタの制御装
置は、前記電源系統周波数を有し位相が90°異なる2
相正弦波電圧を発生する手段と、前記負荷設備の各相負
荷電流を入力し該各相負荷電流を前記電源系統周期の9
0°間隔分ずつ順次記憶すると共に現時点より90°遅
れの各相遅れ負荷電流を出力する手段と、前記2相正弦
波電圧と前記各相電流および前記各相遅れ電流を入力し
各相瞬時実電力および虚電力を出力する手段と、該各相
瞬時実電力および虚電力の直流分を除去して、交流分を
出力する手段と、該各相瞬時実電力および虚電力の交流
分を人力しその符号を反転して各相の実および虚電力指
令信号を出力する手段と、前記2相正弦波電圧と前記各
相の実および虚電力指令信号から各相補償電流指令信号
を出力する手段と、該各相補償電流指令信号と前記3相
PMWコンバータの交流側電流の検出値とを比較して前
記3相PMWコンバータを構成するスイッチング素子の
スイッチ指令を生成する手段とを具えたことを特徴とす
るものである。
〔作 用〕
本発明にかかるアクティブフィルタの制御装置では、以
下に説明する方法によって実電力p、虚電力qなる概念
を導入している。
電源系統周波数を有し位相が90°異なる2相正弦波電
圧のうち進み側をe〔遅れ側をeβと表し、各相負荷電
流をI LL++  ! LV+  l LW、これよ
り90°遅れた各相遅れ負荷電流をILLI’ +  
ltv’ 1iLw’で表したとする。
以下、特にU相を例に取って説明する。各負荷電流は2
相座標変換により次式のごとく2相の電流1(1゜、i
β。を得る。
上記(1)、 (2)式で求めた2相の電流ia、、 
 iβ乞よび電圧e、eβを用いると、次の(3)式に
よりα 実電力Puおよび虚電力Quが得られる。
これら実電力Puおよび虚電力quは、次の(4)。
(5)式のごとく直流分Pu+  quと交流分Pu、
(luとに分解される。
Pu =pu +Pu        ・・・(4)q
u=qu+qυ       ・・・(5)ここで、実
電力の交流分pLIおよび虚電力の交流分qUの符号を
それぞれ反転することによりPu”’Pu      
     ・・・(6)、   ′ qu=(lu           ・・・(7)(6
)、 (7)式のごとく実および虚電力指令信号Pu’
″およびqu”を得る。
更に、次の式(8)に従って実および虚電力指令信号P
a”およびq 、Iから2軸変換した電流指令信号ia
Cおよびiβrを得た後、(9)式に従って補償電流指
令信号i、Cを得ることができる。
t cu” =1/V’T (1(!U” + iβu
”)       ”’(9)以上、特にU相を例に取
って説明したが、同様にしてV相およびW相の補償電流
指令信号iCv*およびtc−をも得ることができる。
得られた各相補償電流指令信号I CE+” +  l
 CV” +  l CM”に追従するように補償電流
ll11 1VI  1−を流すことにより、本装置は
目的とする不平衡負荷電流の高調波補償を行うことがで
きる。
〔実施例〕
以下、一実施例について図面を参照しつつ詳細に説明す
る。
第1図は本発明にかかるアクティブフィルタの制御回路
の一実施例のブロック図であり、第5図と同一の符号は
同一機能を有する部分を示し、第2図は第1図に示した
制御装置の動作を説明するための波形図である。
第1図において、1は電圧発生回路、2u12v+2賀
はそれぞれU相、■相、W相の電流記憶回路、3u、 
3v、軸は同じく各相のp、q演算回路、4u。
4ν、4−は同じく各相のバイパスフィルタ、5u、 
5v。
5−は同じく各相の電流指令演算回路であり、7は電流
制御回路を示す。
電圧発生回路1は第2図に波形を示すごとく、3相交流
系統電源21と同一周波数を有する正弦波電圧e と、
この正弦波電圧ec1より90″遅れたα 位相を持ち同一周波数、同一波高値の正弦波電圧演算回
路3u、 3v、 3−および電流指令演算回路6u+
6v、6鍔へ出力する。
U相、■相、W相の電流記憶回路2t++ 2v+ 2
wは第2図にU相の波形1LLIを示すごとく、負荷電
流j LLl+  i LV+  i LWをそれぞれ
入力して電源位相の90’間隔分ずつを順次記憶すると
共に、これもU相分の波形i LL+’のみを示したが
、現時点より系統電源周期で90°遅れの電流を遅れ負
荷電流ILU’+iLv’+Itw′として出力する。
本実施例においては負荷電流ituは正負共180°間
隔の矩形波の場合を示している。
負荷電流i LLI+  I LV+  l LWおよ
び遅れ負荷電流iLl+’ +  jLV’ +  I
Lw’はそれぞれ各相のp、  q演算回路3u、 3
v、 3wへ送られ、各相のp、q演算と、この負荷電
流t LLl+  f LV+  ! L、1および遅
れ負荷電流I Lll’ l  fLv’ +  !t
w’ とから、(1)〜(3)式に準じた式によってそ
れぞれ瞬時実電力Pu+pH+Pwおよび虚電力qu、
  qv、  q=vを算出する。
算出した実電力Puおよび虚電力quの波形のみを第2
図に示した。
各相のバイパスフィルタ4u、 4v、 4−はそれぞ
れ実電力pu、P・、p・および虚電力q・、q・。
qwを入力し、直流分を除去して交流分Pu、Pv。
p8およびq、、q、、qwを各相の符号反転回路5u
、 5v、 5−へ出力する。
各相の符号反転回路5u、 5v、 5wはそれぞれ臭
覚で実および虚電力指令信号pu” r  Pv” l
  PW  およびqu″+  qv(1+  qw”
を電流指令演算回路5u。
6v、6−へ出力する。
各相の電流指令演算回路6u、6シ、6−は前記2相の
正弦波電圧ecl、eβと実および虚電力指令信号P 
u” +  pV” +  P hJ  およびqll
” r qV” I Q lpjとを入力し、それぞれ
(8)および(9)弐に準じた式によって各相の電流指
令信号! C1l” +  I CV” +  I C
W”を演算し、電流制御回路′7へ出力する。
電流制御回路7は第5図で説明した従来の制御装置と同
様に、コンパレータを備えて補償電流指令信号icu″
+  ’  V”+  1cG1″と補償電流fU+c Iv、IHの検出値とを比較し、3相PMWコンバータ
24を構成する各スイッチング素子S、−3゜をオン、
オフするトリガ信号■。を出力する。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明にかかる共振形アク
ティブフィルタの制御装置によれば、正弦波2相電圧と
負荷電流と電流記憶回路から発生する遅れ負荷電流とか
ら、簡単な演算によって各相の電流指令信号を得ること
ができる。
従来の制御装置においては3相〜2相変漠により各相の
補償電流指令信号を得ていたため、該各相の補償電流指
令信号には基本波成分が含まれることがあった。
この基本波成分のために並列共振回路の共振状態が崩れ
ていたが、本発明にかかる共振形アクティブフィルタの
制御装置においては、このような不具合は起こらない。
また、従来の制御装置においては高速フーリエ変換回路
を使用して負荷電流を一周期分入力してから演算を開始
していたが、本発明にかかるものにおいては系統電源周
期90°間隔分の記憶でよいため、この部分の遅れのみ
でも174周期となり、応答性がきわめて良好となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる共振形アクティブフィルタの制
御装置の一実施例のブロック図、第2図は第1図に示し
た制御装置の動作を説明するための波形図であり、 第3図は共振形アクティブフィルタを具えた3相交流系
統の主回路構成図、 第4図は通常形アクティブフィルタを具えた3相交流系
統の主回路構成図、 第5図は従来のアクティブフィルタの制御装置のブロッ
ク図である。 ■・・・電圧発生回路 2u、 2v、 2−・・・電流記憶回路3u+ 3v
、 3w”’P+  q演算回路4、4u、 4ν、軸
・・・バイパスフィルタ5、5u、 5v、 5貨・・
・符号反転回路6、6u、 6シ、6匈・・・電流指令
演算回路7・・・電流制御回路 8・・・電力演算回路 21・・・3相交流系統電源 22・・・負荷 23・・・交流リアクトル 24・・・3相PMWコンバータ 25・・・直流コンデンサ 26・・・並列共振回路 27・・・第1のリアクトル 28・・・コンデンサ 29・・・第2のリアクトル S、−S、・・・スイッチング素子 り、〜D6・・・ダイオード 特許出願人  東洋電機製造株式会社 第1図 第3図 第4図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電源系統に負荷設備と並列に接続されるアクティブ
    フィルタの制御装置であって、3相PWMコンバータと
    、該3相PWMコンバータの交流側の各相に電源系統に
    直列に挿入された交流リアクトルと、前記3相PWMコ
    ンバータの直流側端子間に接続された直流コンデンサと
    、前記交流リアクトルの電源側で各相に直列に接続され
    て電源系統周波数に共振する第1のリアクトルとコンデ
    ンサとで構成された並列共振回路と、前記交流リアクト
    ルと前記並列共振回路との各相接続点間に接続される第
    2のリアクトルと、前記3相PWMコンバータを制御す
    る制御装置とを具えたアクティブフィルタの制御装置に
    おいて、 前記電源系統周波数を有し位相が90°異なる2相正弦
    波電圧を発生する手段と、前記負荷設備の各相負荷電流
    を入力し該各相負荷電流を前記電源系統周期の90°間
    隔分ずつ順次記憶すると共に現時点より90°遅れの各
    相遅れ負荷電流を出力する手段と、前記2相正弦波電圧
    と前記各相電流および前記各相遅れ電流を入力し各相瞬
    時実電力および虚電力を出力する手段と、該各相瞬時実
    電力および虚電力の直流分を除去して交流分を出力する
    手段と、該各相瞬時実電力および虚電力の交流分を入力
    しその符号を反転して各相の実および虚電力指令信号を
    出力する手段と、前記2相正弦波電圧と前記各相の実お
    よび虚電力指令信号から各相補償電流指令信号を出力す
    る手段と、該各相補償電流指令信号と前記3相PWMコ
    ンバータの交流側電流の検出値とを比較して前記3相P
    WMコンバータを構成するスイッチング素子のスイッチ
    指令を生成する手段とを具えたことを特徴とする共振形
    アクティブフィルタの制御装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04217822A (ja) * 1990-12-19 1992-08-07 Mitsubishi Electric Corp 交流出力変換器の並列運転制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04217822A (ja) * 1990-12-19 1992-08-07 Mitsubishi Electric Corp 交流出力変換器の並列運転制御装置

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